2.1植物细胞工程 课件 2024—2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法,通过细胞器、细胞或组织水平上的操作,有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。 原理和方法 操作水平 目的 分类 细胞生物学、分子生物学和发育生物学 细胞器、细胞或组织 获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品 动物细胞工程和植物细胞工程 什么是细胞工程? 第3节 植物细胞工程 （第1课时） 学习目标： 1.简述植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术的原理和过程。 2.尝试进行植物组织培养。 3.了解组织培养技术已取得的进展和尚未解决的问题。 第2章 细胞工程 本PPT模板部分元素使用了幻灯片母版制作。如果需要修改，点击-视图-幻灯片母版-修改；完成后关闭编辑母版即可。 2 新课导入 “花中君子”兰花是我国传统名花，栽培历史悠久，文化底蕴深厚，深受国人喜爱。兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低；传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长、繁殖率低等问题。 近年来，兰花产业得到快速发展，培育规模不断扩大，兰花爱好者、消费者逐年增加，养兰市场呈现快速增长态势。 思考：如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢？ 紫罗兰兰，又称长寿兰，是世界上最珍稀、最昂贵的兰花之一 利用植物组织培养技术可大量、快速地培育兰花 植物细胞工程的基本技术 植物组织培养 植物体细胞杂交 一、细胞的全能性 任务一：请同学们自主阅读教材P35-36，小组合作思考讨论完成问题。 1、细胞全能性的概念？ 2、在植物生长发育过程中，所有细胞都能表现出全能性吗？为什么？ 3、植物组织培养的概念、原理、过程？ 4、外植体、脱分化、再分化、愈伤组织的含义？ 5、菊花组织培养的实验原理及方法步骤？ 2.体现全能性的标志： 种子发育成植株，体现了植物种子的全能性。（ ） 胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株。（ ） 受精卵发育成个体。（ ） 胚胎干细胞分化成其他种类的细胞。（ ) × √ √ √ 1.定义： 细胞经过分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能，即细胞具有全能性。 细胞→ 完整个体或其他各种细胞 细胞没有体现全能性的原因： 生物体内所有细胞都能表现出全能性吗？ 芽原基发育为芽，叶原基发育为叶体现了全能性吗？ 基因在特定时间、空间条件下选择性表达。 一、细胞的全能性 4.植物细胞具有全能性的原因： 一般来说，生物体的每一个细胞都含有该物种所持有的全套遗传信息。 5.细胞全能性大小的比较： (1)不同种生物细胞: (2)同种生物不同细胞： 植物细胞 动物细胞 受精卵 生殖细胞 体细胞 ＞ （动物细胞具有全能性，但目前只有细胞核能体现全能性） ＞ (3)同种生物不同体细胞的全能性大小： 幼嫩的细胞 衰老的细胞 分化程度低的 分化程度高的 分裂能力强的 分裂能力弱的。 ＞ ＞ 不是每个活细胞都有全能性，例如哺乳动物成熟的红细胞。 一、细胞的全能性 ＞ ＞ 一般来说，细胞分化程度越高，全能性越低; 随着细胞分化程度的不断提高，细胞的分裂能力和全能性逐渐降低 二、植物组织培养技术 1、概念：指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。 外植体 有丝分裂 无性生殖 细胞具有全能性 2、生殖方式： 3、分裂方式： 4、原理： 二、植物组织培养技术 5、过程： 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽 诱导生根 脱分化 再分化 移栽成活 2.什么是脱分化？ 在一定的激素和营养条件的诱导下，使已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变为未分化的细胞。 离体培养的植物器官、组织或细胞。 1.什么是外植体？ 再分化 二、植物组织培养技术 通过脱分化后的细胞，形成不定形的薄壁组织团块。 3.什么是愈伤组织？ 二、植物组织培养技术 4.什么是再分化？ 愈伤组织在培养过程中重新分化成芽、根等器官的过程。 探究 · 实践：菊花的组织培养 1、实验原理： ① 植物细胞一般具有___________； 全能性 ②在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过脱分化和再分化，形成胚状体，长出芽和根，进而发育成完整的植株， 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽等 试管苗 驯化移栽 完整植株 二、植物组织培养技术 探究 · 实践：菊花的组织培养 1、实验原理： 细胞分裂素 生长素 芽分化 愈伤组织 根分化 生长分裂定方向 高根低芽中愈伤 ③植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素，它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向。 生长素/细胞分裂素 结果 比值高(＞1) 比值低(＜1) 比值适中(=1) 有利于根的分化，抑制芽的形成 有利于芽的分化，抑制根的形成 促进愈伤组织的形成 简记为：“高”根，“低”芽，“中”愈伤 二、植物组织培养技术 ①外植体： 幼嫩的菊花茎段 (细胞分裂能力强，容易诱导形成愈伤组织) ②体积分数为70%的酒精： 对手、超净工作台、外植体进行消毒 ③质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液: 对外植体进行消毒 ④无菌水: 清洗外植体 ⑤培养基（P116--参见本书附录1） 包括无机营养成分（水和无机盐）、有机营养成分（蔗糖、氨基酸、维生素等）、特定浓度和比例的激素（主要是生长素和细胞分裂素）； 2.材料用具： 二、植物组织培养技术 1）培养基名称： ； 2）物理性质： ； 3）碳源： 。 植物组织培养常用的培养基配方（P116） MS培养基 固体培养基 有机碳源（蔗糖） 二、植物组织培养技术 蔗糖的作用： 提供能量，调节渗透压 灭菌方法为： 高压蒸汽灭菌法 三、植物组织培养技术的过程 3.步骤： 制备外植体 接种培养 试管苗移栽 消毒： 切割：无菌操作 酒精 30s 无菌水 2-3次 次氯酸钠溶液 30min 材料： 幼嫩的菊花茎段 2-3次 无菌水洗 防止杂菌生长。 ①与培养物竞争营养； ②产生有害物质危害培养物。 消毒与无菌水冲洗 切割与接种 制备外植体 接种培养 试管苗移栽 ① 外植体切成0.5～1cm长的小段，在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3-1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记。 培养温度：18-220C、避光 注意：该过程一般不需要光照，有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织。 三、植物组织培养技术的过程 3.步骤： 不能倒插， (形态学上端朝上,应使形态学下端接触培养基） 生长素≈细胞分裂素 与生长素的极性运输有关。生长素含量多的部分容易生出不定根，含量少的部分生出不定芽，一般而言，容易长不定芽的是形态学上端，容易长不定根的是形态学下端，因此应该将形态学上端朝上，下端朝下，若倒插，外植体不易存活。 制备外植体 接种培养 试管苗移栽 ②培养15-20d后，将生长良好的愈伤组织接种到诱导生芽培养基 诱导生芽 三、植物组织培养技术的过程 3.步骤： 制备外植体 接种培养 试管苗移栽 ③长出芽后接种到诱导生根培养基 诱导生根 三、植物组织培养技术的过程 3.步骤： 注意：每日需要给予适当时间和强度的光照！(光照培养) 叶绿素的生成需要光 注意：注意顺序，先诱导生芽，再诱导生根 若先生根后面就不易生芽 制备外植体 接种培养 试管苗移栽 移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的培养基后，将 幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。每天观察并记录幼苗的生长情 况，适时浇水、施肥，直至开花。 试管苗 移栽 培养室 三、植物组织培养技术的过程 3.步骤： zhi蛭石 三、植物组织培养技术的过程 注意事项： ①实验中使用的培养基和所有器械都要灭菌，接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的器械都要灭菌。 ②对外植体进行表面消毒时，既要考虑药剂的消毒效果，又要兼顾植物材料对药剂的耐受性。 ③接种时注意外植体的方向（形态学上下端），不要倒插。 ④诱导愈伤组织期间一般不需要光照，在后续的培养过程中，每日需要给予适当时间和强度的光照。 脱分化避光， 再分化需光。 二、植物组织培养技术 植物组织培养成功的条件 （细胞表现全能性的条件） 种类齐全、比例适合的营养物质 适宜的外界条件（温度、pH、光照等） 无菌环境 （1）组织离体状态 （2）适宜的培养条件 （3）植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）诱导和调节 二、植物组织培养技术 离体的植物器官、组织或细胞（外植体） 如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药… 脱分化 愈伤组织 失去特有结构和功能转变成未分化的细胞 排列不规则，高度液泡化，呈不定型状态的薄壁细胞 根、芽 植物体 再分化 培养条件：①无菌②营养物质③适宜条件（温度、PH、光等） ④植物激素： （关键：生长素、细胞分裂素） 遮光 光照 芽发育成叶， 叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照 愈伤组织重新分化为芽、根等器官 二、植物组织培养技术 习题检测 1.接种外植体时要在酒精灯火焰旁进行（ ） 2.接种外植体时要将“形态学上端”朝下（ ） 3.诱导愈伤组织的培养基中生长素和细胞分裂素的比例为1：1（ ） 4.诱导愈伤组织形成过程需要光照条件（ ） 5.诱导愈伤组织的培养基提供的碳源应该是有机碳源（ ） 6.诱导生芽生根的过程需要光照条件（ ） √ × √ × √ √ 习题检测 （1）植物体的任何细胞都具有全能性，也都能表现出全能性 （　 　） （2）脱分化和再分化是植物组织培养的重要过程 （ 　　） （3）在植物组织培养时，对外植体要进行灭菌处理 （　 　） （4）诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基完全一样 （　 　） × √ × × 习题检测 1.A、B过程分别为 。C是 。 A过程细胞分裂方式是 ， B过程细胞分裂方式是 ,同时也进行 。 A过程一般 光照；B过程需要光照，因为 。 2.影响A、B过程的关键因素是 ，主要是 和 ，二者添加的 会影响脱分化和再分化过程。 3.植物组织培养是一个 过程。（填“无性繁殖”、“有性繁殖”） 植物体 根、芽或胚状体 外植体 脱分化 再分化 有丝分裂 细胞分化 植物激素 细胞分裂素 生长素 无性繁殖 A B 有丝分裂 浓度及比例 C 脱分化、再分化 愈伤组织 不需要 叶绿素的合成需要光照 习题检测 ①切取洁净的胡萝卜根段 ②对根段进行消毒 ③切1cm3左右带有形成层的组织块 ④接种 组织块 ⑤诱导组织块形成愈伤组织 ⑥诱导愈伤组织形成试管苗 1）从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基，其原因是 ______________________________________________________。 诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同 2）步骤⑥要进行照光培养，其作用是 _______________________________________________________。 3）经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的__________，这种繁殖方式属于____________繁殖。 诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用 遗传特性 无性 目录 04 四、植物体细胞杂交技术 思考： 欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。你有什么好妙招？ 1.通过有性杂交能实现吗？为什么？ 不能，不同种物种间存在生殖隔离。 植物体细胞杂交技术。 2.有没有方法可以打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，获得“番茄-马铃薯杂种植株”呢？ 新课导入 四、植物体细胞杂交技术 1、植物体细胞杂交的概念： 植物体细胞杂交是指将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。 四、植物体细胞杂交技术 【自主学习】阅读教材P36-37，思考下列问题 1.两个来自不同植物的体细胞融合，遇到的第一个障碍是什么？ 2.用什么方法可以温和地去除细胞壁而不伤害原生质体？ 3.诱导原生质体融合的方法有哪些？与细胞膜的什么特性有关？ 细胞壁阻碍了原生质体间的融合 酶解法原理 四、植物体细胞杂交技术 3、过程： A细胞 B细胞 纤维素酶 去壁 酶解法 正在融合的原生质体 杂种细胞AB 诱导融合 物理法： 化学法： 电融合法、离心法等 聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+ —高PH融合法等 脱分化 再分化 移栽 植物细胞融合 植物组织培养 杂种植株 愈伤组织 A原生质体 B原生质体 移栽后的植株 去壁 植物细胞融合完成的标志 植物体细胞杂交完成的标志 （植物细胞的全能性） （细胞膜具有一定的流动性） 再生细胞壁 果胶酶 原生质体：脱去细胞壁的细胞 植物细胞 = 细胞壁 + 原生质体 四、植物体细胞杂交技术 3、过程： ①酶解法原理：植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成； 酶具有专一性 ②纤维素酶和果胶酶的酶溶液中一般 加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，试分析原因？ 使溶液具有一定的渗透压， 防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体正常 （1）去除细胞壁 四、植物体细胞杂交技术 4、过程： 融合的原生质体重新产生细胞壁，形成杂种细胞 理论基础： 方法： 物理方法： 化学方法： 植物细胞融合完成的标志*： ⑤验证方法： 质壁分离和质壁分离复原实验 （2）原生质体间的融合 原生质层 细胞膜具有流动性 电融合法、离心法 聚乙二醇（PEG）融合法、 高Ca2+-高pH融合法 ④在此过程中活跃的细胞器是： 线粒体、高尔基体 四、植物体细胞杂交技术 4、过程： （2）原生质体间的融合 获得的所有细胞一定是需要的杂交细胞吗？ 未融合的细胞：A、B 两两融合的细胞：AA、BB、AB 多细胞融合体 需要进一步筛选AB A B 四、植物体细胞杂交技术 （3）杂种细胞培育成杂种植株 ①技术：植物组织培养技术 ②原理：植物细胞的全能性 ③根据植株性状对杂种植株进行筛选 植物体细胞杂交完成的标志！！ 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。 5. 意义： 四、植物体细胞杂交技术 A为2a=20 B为2b=30 生殖类型 变异类型 染色体数 染色体组数 基因组成 繁殖，育种过程中 孟德尔定律 染色体数目变异 两亲本染色体数之和。2a+2b 两亲本染色体组数之和。2+2 两亲本基因型之和。AaBbCcDd 6. 植物体细胞杂交技术的实例 ①培育出了白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等杂种植株。 ②在木本植物的体细胞杂交方面，培育出了多种柑橘属不同种间的杂种植株。 仍有许多理论与技术问题没有解决，还不能让杂种植株表现出人们所需要的所有性状。 无性繁殖、不遵循 四、植物体细胞杂交技术 1、白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）体细胞杂交所得植株白菜-甘蓝的细胞染色体数为 ，属于 倍体。 36 （异源）四 2、白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）进行杂交（相互授粉） 所得植株白菜-甘蓝的细胞染色体数为 ，属于 倍体。 （异源）二 18 基因重组 染色体数目变异 是否可育？ 看减数分裂联会、配对能否正常进行！ 是否有同源染色体，能正常联会。 3、若A细胞具有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb。B细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则通过植物体细胞杂交技术获得的新植株的染色体条数： ；染色体组数： 个；基因型： ；（是/否）可育； 属于可遗传变异类型中的 。 2x＋2y 4 AabbccDd 习题检测 染色体数目变异 是 四倍体→ 且能配对 可育 四、植物体细胞杂交技术 植物组织培养 植物体细胞杂交技术 所属范畴 原理 步骤 意义 联系 无性繁殖 细胞全能性 ①脱分化 ②再分化 保持优良性状，繁殖速度快、大规模生产提高经济效益 植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术 克服不同种生物远缘杂交的障碍 ①去除细胞壁 ②融合形成杂种细胞 ③组织培养 细胞膜的流动性、细胞全能性 无性繁殖 植物组织培养 vs 植物体细胞杂交 习题检测 （1）图中过程：①为 ，②为 ，③为 ，④为 ，⑤为 。 （2）细胞融合成功的标志是 ，植物体细胞杂交技术成功的标志是 。 （3）植物体细胞杂交技术的原理是 。 （4）植物体细胞杂交技术的意义是 。 去除细胞壁 诱导细胞融合 再生出新的细胞壁 脱分化 再分化 再生出新的细胞壁 形成杂种植株 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 打破生殖隔离，实现远缘杂交 小结 概念 植物细胞融合 原生质体制备 过程 变异类型 植物组织培养 原生质体融合 原理 育种类型 原理 过程 花药离体培养 细胞全能性 操作步骤 脱分化 再分化 外植体 根、芽、胚状体 愈伤组织 外植体消毒 接种 切块 形成愈伤组织 诱导生芽生根 植物体细胞杂交 植物组织培养 植物细胞工程 优缺点 习题检测 一、概念检测 1.下图是利用甲、乙两种植物的各自优势，通过植物细胞工程技术培育高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。下列相关叙述错误的是（ ） A.进行a处理时能用胰蛋白酶 B.b是诱导融合后得到的杂种细胞 C.c是培养后得到的具有耐盐性状的幼芽 D.进行d选择时要将植株种在高盐环境中 A 习题检测 一、概念检测 1.下图是利用甲、乙两种植物的各自优势，通过植物细胞工程技术培育高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。下列相关叙述错误的是（ ） A.进行a处理时能用胰蛋白酶 B.b是诱导融合后得到的杂种细胞 C.c是培养后得到的具有耐盐性状的幼芽 D.进行d选择时要将植株种在高盐环境中 A 习题检测 【拓展应用】“番茄-马铃薯”杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上结番茄，地下长马铃薯，这是为什么？ 主要原因是： 生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，马铃薯—番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，所以杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。 真题检测 (2023·广东·高考真题) 人参皂苷是人参的主要活性成分。科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合，以提高人参皂苷的产率。下列叙述错误的是（ ） A．细胞融合前应去除细胞壁 B．高Ca2+—高pH溶液可促进细胞融合 C．融合的细胞即为杂交细胞 D．杂交细胞可能具有生长快速的优势 C 真题检测 (2023·浙江·高考真题) 下列关于菊花组织培养的叙述，正确的是（ ） A．用自然生长的茎进行组培须用适宜浓度的乙醇和次氯酸钠的混合液消毒 B．培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入并阻止瓶内外的气体交换 C．组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石带菌量低且营养丰富 D．不带叶片的菊花幼茎切段可以通过器官发生的途径形成完整的菊花植株 D 真题检测 (2023·浙江·高考真题) 农作物秸秆的回收利用方式很多，其中之一是将秸秆碎化后作为食用菌的栽培基质。碎化秸秆中纤维所起的作用，相当于植物组织培养中固体培养基的（ ） A．琼脂+蔗糖 B．蔗糖+激素 C．激素+无机盐 D．无机盐+琼脂 A 第3课时 植物细胞工程的应用 2.1 植物细胞工程 （1）快速繁殖技术（微型繁殖技术）：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，被称为植物的快速繁殖技术，也叫微型繁殖技术。 （2）过程： 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 完整植株 试管苗 1. 快速繁殖 用分根法繁殖速度缓慢，不利于新品种的推广；用种子繁殖又很困难，因为兰花的种子十分微小，胚很纤弱，种子几乎没有储藏营养物质，在发芽过程中很容易夭折。 （5）原理： ①高效、快速地实现种苗的大量繁殖； ②无性繁殖，亲、子代细胞DNA相同，所以可以保持优良的遗传特性； ③不受自然生长季节的限制，培养周期短； （6）优点： 植物细胞的全能性 ④选材少，繁殖率高，便于自动化管理。 1. 快速繁殖 （3）生殖方式： 一般为无性生殖 （4）细胞分裂方式： 有丝分裂 无性繁殖：例如，一株葡萄一年繁殖到3万多株，一株兰花一年繁殖到400万株。 （7）实例： 一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等。甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。 1. 快速繁殖 铁皮石斛 桉树苗 甘蔗 快速繁殖经济苗木、名贵花卉、珍稀濒危植物等自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持的植物。 铁皮石斛的产业化育苗 【思考】植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？ 植物组织培养到 阶段，细胞进行旺盛、快速的 ，从而获得大量的组织细胞。不断地对愈伤组织进行分割、移瓶、诱导再分化就可以形成大量的新植株。 植物组织培养在实验室进行，一般不受季节、气候等条件的限制。 愈伤组织 有丝分裂 快速繁殖经济苗木、名贵花卉、珍稀濒危植物等自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持的植物。 生姜是药食两用的经济作物，在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%-50%。 病毒引起的植物病害有500多种。受害植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉等。而且没有有效的防治办法，只能拔除，造成经济损失。病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几乎不含病毒。 2. 作物脱毒 （1）培育脱毒苗的原因：长期进行无性繁殖的作物，感染的病毒很容易传给后代，病毒在作物体内逐年积累，会导致作物产量降低、品质变差。 （2）选材部位： ①植物顶端分生区附近（如茎尖）。 ②选材原因：分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。 2. 作物脱毒 植物分生区细胞分裂旺盛，病毒来不及感染，切取下来组织培养，获得脱毒苗。 茎尖 植物顶端分生区 被病毒感染 脱毒马铃薯叶片 （3）方法： 切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗（茎尖组织培养技术）。 （4）优点： 脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物。 2. 作物脱毒 （5）实例：马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝、香蕉等作物上获得成功。 脱毒草莓 普通草莓 通过组织培养技术获得的脱毒苗是否具有抗病毒能力？ 注意：脱毒苗 ≠ 抗毒苗。与快速繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。 脱毒苗是选择植物的茎尖进行组织培养而获得的，只是体内不含病毒，不能抵抗病毒侵染，属于细胞工程的范畴； 抗毒苗是把某抗病基因导入植物细胞，属于基因工程的范畴。 抗毒苗： 抗病基因 导入 植物细胞 植物组织培养 完整植株 1. 快速繁殖不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良的品种的遗传特性。（ ） 2. 作物脱毒后不再感染病毒。（ ） 3. 脱毒草莓能明显提高产量，但品质没有发生改变。（ ） 4.作物脱毒所培养材料常选自顶端分生组织（ ） 5.快速繁殖本质上是一种无性繁殖（ ） √ × × 习题检测 √ √ 目录 02 二、作物新品种的培育 二、作物新品种的培育 1. 单倍体育种 单倍体： 由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而来的个体。 单倍体植株长得弱小，而且一般高度不育。 优良品种 花药 花粉 离体培养 单倍体 纯合二倍体 人工诱导 染色体加倍 选择 二、作物新品种的培育 1. 单倍体育种 花药（花粉）离体培养 + 人工诱导染色体加倍 人工诱导染色体加倍 花药离体培养 （植物细胞的全能性） （染色体数目变异） 花药中的花粉 单倍体 幼苗 秋水仙素 染色体数目加倍 纯合体 二倍体 筛选 优良性状 纯合体 愈伤组织 离体培养 脱分化 再分化 能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞的两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。 ①. 明显缩短育种年限，节约大量的人力和物力。 ②. 子代全是纯合子，自交后代不发生性状分离，能稳定遗传。 （1）方法： （2）过程： （3）原理： （4）优点： 二、作物新品种的培育 大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株隐性性状容易出现。 思考：单倍体育种为什么能为体细胞诱变育种和研究遗传突变提供理想材料？ ①我国科学家在1974年成功培育出世界上 第一个单倍体作物新品种——单育1号烟草。 ②我国科学家把单倍体育种与常规育种结合起来， 育成水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。 （4）实例： 诱变育种：原理是突变（基因突变+染色体变异 二、作物新品种的培育 2.突变体的利用 （1）方法： 在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变因素（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。 （2）原理： 植物细胞的全能性 基因突变 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 试管苗 植株 筛选 有用的突变体 诱变 （3）过程： 突变 包括 基因突变 和 染色体变异 二、作物新品种的培育 （5）实例： 已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体， 抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。 （4）优点： 提高变异的频率，加速育种进程；大幅度地改良某些性状。 缺点： 由于突变的不定向和低频性，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。 抗除草剂白三叶草 抗花叶病毒的甘蔗 抗盐碱的烟草 目录 03 三、细胞产物的工厂化生产 三、细胞产物的工厂化生产 由于植物细胞的次生代谢物含量很低，从植物组织提取会大量破坏植物资源，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到，因此人们期望利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。 三、细胞产物的工厂化生产 指在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。 2.技术：植物组织培养技术 4.过程： 3.原理： 细胞增殖 外植体 愈伤组织 脱分化 细胞悬液 振荡分散 细胞悬浮培养 细胞产物 提取 植物细胞培养到愈伤组织即可， 因为此时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。 不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制， 因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。 5.特点： 三、细胞产物的工厂化生产 紫草→紫草宁 蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱、紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。 （6）例子： 紫草宁——抗菌、消炎和抗肿瘤，首例药用植物细胞工程产品。 红豆杉→紫杉醇 三、细胞产物的工厂化生产 工厂化生产人参皂甙干粉过程 工厂化生产人参皂苷干粉过程 人参根 　 愈伤组织 　　 增长速度快、细胞内人参皂苷干粉含量高的细胞 大量细胞　　 提取人参皂甙干粉 脱分化 培养选择 破碎细胞 放入发酵罐 细胞增殖 人参→人参皂苷 三、细胞产物的工厂化生产 注意： ① 一般组织培养到愈伤组织即可。因为此时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。 ②液体培养基（培养液）有利于培养的细胞与营养物质充分接触。 三、细胞产物的工厂化生产 “手指植物”的制作方法用到了植物组织培养技术。在制作过程中，一定要注意做好灭菌和消毒工作，为了防止污染可在培养基中加入一定量的抑菌剂。 另外，还可以根据个人喜好，在培养基中加入适量的色素或者荧光剂，使“手指植物”更具有观赏价值。 手指植物 三、细胞产物的工厂化生产 植物组织培养和植物细胞培养的比较 比较项目 植物组织培养 植物细胞培养 目的 原理     过程 应用 植物细胞的全能性 细胞增殖 获得植物体 获得细胞产物 快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等 细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等 本章小结 外植体 愈伤组织 试管苗 脱分化 再分化 植株 作物脱毒 选择顶端分生组织 快速繁殖 单倍体育种 选择花药 进行诱变 突变体的利用 分散后 悬浮培养 3.细胞产物的工厂化生产 2.植物新品质的培育 1. 植物繁殖的新途径 筛选 习题检测 一、概念检测 1. 运用植物细胞工程技术可以培育单倍体 植株和进行细胞产物的工厂化生产。判断下列相关表述是否正确。 （1）用花药培养得到单倍体植株需要用到植物组织培养技术。（ ） （2）细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞生长的培养条件，提高了单个细胞中次生代谢物的含量。（ ） 2.生产中培育香蕉脱毒苗常用的方法是 （ ） A.人工诱导基因突变 B.选择优良品种进行杂交 C.进行远缘植物体细胞杂交 D.取茎尖分生组织进行组织培养 √ × D 习题检测 二、拓展应用 1. 紫色非甜玉米（基因型为AASuSu ）和白色甜玉米（基因型为aasusu ）杂交（Su和su代 表一对等位基因）,得到的F1（ AaSusu ）再进行自交，F2会有紫色甜玉米的表型产生。如果运用常规育种方法，应该如何筛选出纯合的紫色甜玉米？如果利用花药培养的技术，又应该怎样做呢？请你设计相关实验的思路。 【答案】F2中的紫色甜玉米的基因型可能为 Aasusu或 AAsusu。如果运用常规育种方法，将F2中的紫色甜玉米与白色甜玉米( aasusu)进行测交，可以选择出基因型为 AAsusu的纯种紫色甜玉米。但这种方法比较烦琐，耗时也较长，需要至少三年的选种和育种时间。其实在F1产生的花粉中就可能有Asu的组合，如果利用花药培养的技术获得单倍体植株，再经过诱导染色体加倍，就可以直接得到紫色甜玉米的纯合体。这种方法可以大大缩短育种周期。 习题检测 2. 甜叶菊是一种菊科植物，植株中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右，而它的热量却很低，所以它逐渐成为一些用糖行业欢迎的新糖源。甜叶菊的种子小，发芽率低，种子繁殖遗传性状不稳定；而扦插植株的根系弱，且需要原始材料多，这些都会限制甜叶菊的生产。假如你是某甜叶菊生产公司的项目负责人，该公司当前运行状况良好，但一直未能解决种子发芽率低的问题，为了提高公司的甜叶菊繁育效率，你应该如何作出决策，并请说出理由。 【提示】积极探索其他的繁育途径。例如，研究如何利用植物组织培养技术繁育甜叶菊，研究内容涉及植物组织培养材料的选择，培养基配方的优化，提高试管苗移栽成活率的方法等，最终目的是建立一套利用植物组织培养技术繁育甜叶菊的标准技术体系，实现甜叶菊种苗的产业化生产。 3D.由奶酪制作过程可推测，儿童食用牛奶比天然奶酪更容易消化吸收 $